野鳥歳時記　夏

（タイトル）
もし計量単位がなかったら　100は秒か、メートルか　頓珍漢に

（本文）

　又吉直樹のヘウレーカの2019年5月の放送「なぜ単位はいるのだろう」でキログラムの定義がを変えたことが取り上げられました。

　単位はその意味を記述する「定義」と技術的に実現する「現示」から成り立ち、見える形として「国際キログラム原器」があり、その複製の一つが「日本国キログラム原器」です。特定標準器（国家計量標準）として管理されていました（2019年5月20日まで）。

　計量とは、測る（長さ、面積）量る（重さ、容積）計る（数、時間）などがあり、はかった物の「大きさ」と、意味を表す「単位」とはかった物を比較するための「基準」があります。「計量」は「いろいろな物」を「道具」ではかりますが、この物をはかる道具を「計量器」といいます。

　ものを数える時に大きさと意味を表わす「数」と「単位」がありますが、「単位」とは、例えば鉛筆は「1本」、ノートは「2冊」、ボールは「3個」、猫や犬は「4匹」、雀や鳩は「5羽」と数えますね。これと同じように計量にも大きさと意味を表わす「数」と「単位」があります。

　もし「計量単位」がなかったら、「もの」の長さや重さ、液体の量（体積）などをはかったとき、「1、2、3、4、5」という数字だけで表わすと「数」の大きさは解りますが何を意味しているのか解りません。そこで、「1、2、3、4、5」という数字の後にm（エム）、g（ジー）、L（エル）、度（マルにシー）、s（エス〉などの「記号」を付けますと、1メートル（m）、2グラム（g）、3リットル（L）、4度（℃）、5秒（s）とはかったものの「大きさ」と「意味」が解ります。このように数宇の後に付ける記号を「計量単位」といいます。

　分かりやすい説明です。単位はその意味を定義し、物理量を計る場合の場合の基礎となる一定量とされ、量は質と対立して用いられる概念です。

　では1メートルを言葉で説明してください。

　答えは「1秒の299 792 458分の1の時間に光が真空中を伝わる行程の長さ」です。メートルの定義が1983年に決定されました。

　これでは理解も想像もできないので、出前計量教室から話を再びお借りすると、計量の基準は、むかし昔の大昔、はかる道具がない時代は、王様の身体の手や足を利用して「長さ」を測りそれを「長さの基準」としていました。それぞれの王様が「長さの基準」だと言い張っていたので、自分の国と隣の国では基準の長さが違い、争いの原因になっていました。そこで、世界中で使える「長さの基準」を作ることになりました。そこで、地球の子午線を計測し、北極から赤道までの長さの100万分の1を1メートルとして「X型」の形状をした正確な「1メートル（m）の長さ計」を作り、この長さ計を「国際メートル原器」と定め、「長さの基準」としました。この「国際メートル原器」は、大変正確であることから、長い間、「長さの基準」でしたが、最近になって、これではまだまだ「不正確」だ、「不確か」だということになり、光が1秒間に進む正確な距離は、2億9千9百79万2458メートルです。したがって現在の「長さの基準」は、光が真空中を2億9千9百79万2458分の1秒間に進む距離を「基準の長さ（1m）」にしています。

　歴史を見るとメートル原器の後にクリプトン86原子のスペクトル線の波長を用いて定義されていた時があり、レーザー技術の発展により、1983年に真空中の光の速さを用いた現在の定義になり、精度が向上したとのことです。到底理解できません。

　光の速さの定義を使って実際の1mを測定するために、レーザー光の波長を「長さのものさし」として使う干渉と呼ばれる手法が主に用いられています。現在は「光周波数コム装置」を用いた「光周波数のものさし」が用いられているようです。「又吉直樹のヘウレーカ」2019年5月の放送「なぜ単位はいるのだろう」で紹介されました。

　1キログラムを言葉で説明してください。

　答えは、キログラム（記号はkg）は質量のSI単位であり、プランク定数hを単位Js（kgm2s-1に等しい）で表したときに、その数値を6.626 070 15×10-34と定めることによって定義されます。ここで、メートルおよび秒はcおよびΔνCsに関連して定義されます。

　これでは理解が出来ません。そこで、むかし昔、重さは竿の両側に荷物をぶら下げ、重さを比較する天秤から始まり、棹秤が使われていたようです。世界的に統一したものとして、1リットルの水の質量と定義されていたそうですが、1889年には、白金イリジウム合金で作られた世界に一つしかない直径および高さが39㎜の円柱形の分銅を「国際キログラム原器」と定め、世界中の国で重さ（質量）の基準とする定義になりました。

　本には国際キログラム原器の複製があり、約40年おきにパリに里帰りし国際キログラム原器を基準として質量を決定しており、日本では「日本国キログラム原器」となっていました。

　国際キログラム原器はパリ郊外にある国際度量衡局で厳重に管理されていましたが、表面の汚染などによってその質量が徐々に変動している可能性のあることが問題となっていました。これをうけて、2019年には、普遍的な物理定数であるプランク定数を基準とする現在の定義に移行することになりました。

　日本は、ドイツ、イタリアなどの研究機関とアボガドロ国際プロジェクトで測定したアボガドロ定数の値からプランク定数を求める方法を、カナダ、米国、フランスはワットバランス法（キップルバランス法）と呼ばれる電気的な方法でプランク定数の値を求めました。

　アボガドロ国際プロジェクトはシリコン28の純水度の高いシリコン単結晶球体を作成し、正確に体積を測定して、アボガドロ定数の測定を行い、プランク定数の値の決定に貢献しました。シリコン単結晶球体（28Si同位体濃縮単結晶球体）は、国際キログラム原器のように国際プロジェクトで活躍しています。

　産業技術総合研究所では、プランク定数を基準として質量を校正した1mgから20kgのステンレス鋼製の分銅群を質量の特定標準器として運用しています。

　今までの日本キログラム原器が特定標準器であったものがシリコン球体に置き換わったことも、アボガドロ国際プロジェクトで貢献したことなどは前述の番組でも解説されました。

　むかし、地球の子午線を計測し、北極から赤道までの長さの100万分の1を1メートルとして決めたように、光の速さの3億メートルとしてくれれば、光の速さは1秒間に地球を7周り半と皆が知っているので、わり算で地球の大きさ4万キロメートルとなったのですが、メートル原器に合うように光の速さを定められているので今までの1メートルが変わらずに使用できました。1メートルは「地球の大きさをもとに決められた」ものであり、詳しくは地球（子午線）の大きさは4万キロメートルで1秒間に7周り半する光の速さでメートルの定義されていました。人の日常の暮らしでは、上の定義に対応して物差しやメジャーが作られていることで用が足りました。

　重さ（質量）も長さ同様に、重さの1kgは「1リットルのペットボトルに入っている水の重さ」。もう少し具体的には、「1辺10cmの立方体の体積の水の重さ」がもとになっており、秤（ハカリ）によって量ることができるものではないでしょうか。kgの定義だけが変更されて、使うわれわれには変化はないようにしているのです。

　「kg」のほかに、電流の単位「アンペア（A）」、温度の単位「ケルビン（K）」、物質量の単位「モル（mol）」の定義が変更されました。重さが長さと異なるのは長さがあって、重さが決まったことです。

　計量法は、度量衡法から旧計量法が1951年（昭和26年）に制定され、1993年（平成5年）11月1日の計量記念日に計量法全面改正された新計量法が施行され、現行計量法になりました。

　移り変わりの激しい時代の中、政令改定により、自動はかりが特定計量器に追加され、単位の定義なども更新がなされましたが、法律により定義が決められる仕組みになっているので生活の利便が保たれるのです。ここで用いた重さという言葉はすべて質量という意味です。重さという言葉を質量と置き換えて意味を理解してください。

執筆　計量士　田中晶

（日本計量新報 2021年9月26日号に掲載一部文章を変えてあります。計量計測データバンク編集部）

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